数字矿山中三维地质建模方法与应用

张阁伟

摘 要：在科技信息的迅猛发展下，矿山行业信息化建设是大势所趋，并且，数字矿山的实行也一定会是达到矿山行业高质、高产、有效开采的重要措施。三维地质建模是数字矿山发展的重要途径之一，也是实现数字矿山目标的前提。这篇文章描述了三维地质建模对矿山发展的积极意义及如今三维地质建模的常用技术方法，接着对我国以后的数字矿山目标提了新的标准。

关键词：数字矿山;三维地质建模;应用

1 数字矿山发展面临的问题

1988年1月31日，美国在任总统指出“数字地球”的说法，受到了全球各地的普遍重视。很多科研学者在这前提下结合自己国家的具体情况进行了长期这方面的分析工作。1998年10月，江泽民同志在会见两院院士时，也指出了数字中国的规划目标，与各院士探讨了关于实行DC的行动规划。

这几年来，我国的矿山领域信息化广泛普及，并取得了显著效果，然而总体效益还是不够好。我国矿山在进矿区勘探考察、规划分析、设计研究、生产水平、管理环节、全程监控等信息化“软”区域，与发达国家的采矿水平相比还远远不足。遥控采矿、无人为的自动矿采、无人矿井都在加拿大、美国等区域变成事实，在一定程度上避免了人员伤亡。加拿大早在上世纪90年代就致力于探究研发遥控采矿技术，为的是达到采矿各环节都能进行遥控操作，当前已经研发出样机系统，并在INCO企业的一些地下镍矿成功运行。如今我国的矿山领域信息化普及不全面、信息基础设施配置不齐全、信息化管理能力弱，是矿区行业的安全无法得到保障的重要因素。建设数字化，以科学化、规范化和信息化引导采矿业的优化创新，开辟出安全、优质、规范、生态和可持续的矿业运行新形式，是我国矿业进一步创新发展的必然趋势。

2 体系架构

通过可视化技术构建有效的三维模型，服务矿山建设的不同阶段，为数字矿山建设提供有力支撑，主要流程如下：

（1）使用地质数据采集和处理设备，通过本地或远程服务获取数据。矿山数据具有多样化的特点，通过资料收集、整理分类、分析解析和推断识别四个过程，对矿山数据进行解释与识别，成为三维地质建模的重要依据，这是一项专业性、技术性非常强的工作。

（2）根据资料解释与识别结果，将研究区的地质数据进行分类，通过接口引擎导入多源地质数据，并按照GeoSIS系统要求的数据格式进行数据的矢量化、参数域变换、增补数据、数据校验检测和修正等多源数据耦合处理。由于空间地质数据的来源、格式、表达方式、量纲等的多样性，数据不完整性和不一致性成为其中最为棘手的问题，并直接影响到地质模型的质量。经过耦合处理后的数据将作为三维建模的依据。

（3）对通过接口引擎导入的多源地质数据进行归一化、去噪和编码等处理，实现一体化显示，为建立准确的地质模型提供可靠的数据和有力的科学依据。

（4）采用点构模、线框构模、表面构模、体元構模以及混合构模技术，分别构建地表模型、地层模型、断层模型、矿体模型、属性模型、工程模型、矿山生产设备模型等，多种构模方法集成需要解决的关键问题包括：空间插值方法、断层/褶皱/侵入岩/矿体等复杂地质体空间分布的不确定性及其建模方法、表面模型的无缝连接以及体元构模精度等。

3 矿山地质建模与可视化过程

3.1 地质体信息特征及模型建立

地质现象（地质体）极其复杂，地壳中的地质体的成因、规模、结构、构造形态差别较大，仅从几何学的观点来看，各种地质体的构造都可以归纳为面状构造、线状构造和（矿）体构造。面状构造主要有层理（地层面）、节理和断层（断裂）;线状构造包括呈线性构造以及各种平面的交线，如褶皱的枢纽和线理等;矿体则是富集某些矿物成分的岩石体，根据矿体形成的原因、环境和条件的不同，矿体的形状有层状、脉状、网状和团块状之分。作为表达三维地质现象的3DGM来说，主要考虑的地质现象为地层、断裂和矿体。因此，地层、断裂和矿体的几何形态、空间拓扑关系以及物性信息的研究，就成为矿山地质建模与可视化主要研究内容之一。

3.2 矿山实体及矿山开拓系统的建模

矿山的人工构建物（井筒、巷道、井底车场等）既是自成体系的空间网络系统，又是与自然地质体密切相关的网络系统。因此，除了研究井筒、巷道、井底车场等它们本身的空间属性关系、空间拓扑关系，还要研究它们与地层、构造及矿体的空间拓扑、空间关联与空间接触关系，从而建立起矿山实体与矿山开拓系统的数学模型。

3.3 地质模型及矿山开拓系统的可视化

矿山地质建模与可视化研究就是要综合现在比较流行的各种地质建模技术，建立符合我国矿山地质特征的三维地质模型和矿山开拓系统空间拓扑结构模型，并采用面向对象的可视化编程工具VisualC++6.0和国际上通用的开放式的三维图形标准（OpenGL）技术，实现矿山的三维可视化显示。研究方法与技术路线如下：第一，收集资料（钻孔、地质测量、测井、地震以及采矿工程资料），结合矿山地质属性与采矿工程特点，建立矿山地质与采矿工程基础信息数据库;第二，以矿山地质建模理论为指导，提取建模要素（点、线、曲面、交线、闭合岩石区域、网络与物性等），再现各建模要素在三维空间的分布形态和拓扑关系，建立矿山地质与井巷开拓系统网络模型;第三，采用合适的编程和可视化显示工具，实现模型的三维可视化和属性信息的查询以及模型的交互操作。体视化技术的出现和发展大大推动了三维地质建模和可视化技术的发展，但对矿井开拓系统的空间数据描述、空间拓扑关系的建立与可视化显示还有些算法需要进一步发展和完善。

4 结束语

在如今的矿产开采期间，三维地质建模方式应用的较为普遍，为我国矿业建设发展带来了很多便利。在铜钻矿山区域，三维地质建模起到了极其关键的作用。所以，要对建模方法和推行应用深入探究，进而全面考察和评价矿产资源价值，在矿产开采期间，为各环节流程带来必要的参考条件，进而强化矿产资源开采效率，减少矿采经费支出和采矿风险。

参考文献

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